玻纤格栅低温低应力水平蠕变特性试验研究
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摘要：加筋土结构中的筋材，在长期稳定拉伸力的作用下，会发生蠕变变形，变形将会随着时间的增大而不断增大，如果蠕变变形超过允许值，就会引起加筋土结构的破坏。在冬季，北方寒冷地区的土壤温度长时间处于0 ℃～-20 ℃，在这样的温度下使用格栅，就必须考虑低温对格栅蠕变性能的影响。-20 ℃、-10 ℃、0 ℃和20 ℃等不同温度下玻纤格栅的蠕变试验表明：玻纤格栅在负温时的蠕变量明显小于其在常温下的蠕变量；相同温度下，荷载水平越高其达到稳定时的蠕变量也越大；相同荷载水平下，温度越低其达到稳定时的蠕变量也越小；负温时的蠕变变形随荷载增加的速率要明显低于常温20 ℃的情况，同时基本上符合温度越低，速率增长越慢的规律。
关键词：玻纤格栅；蠕变试验；低温蠕变量；低温蠕变曲线；等时荷载-蠕变曲线；低应力蠕变曲线；加筋土
中图分类号：TU411文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0089-04
土工格栅具有网状结构，埋入土中后，土料即可嵌入格栅的网格中。土料与格栅表面的摩擦及其受拉时节点的被动阻抗作用，可以大大增加土体的稳定性[1]，因而在加筋土工程中常将土工格栅作为加筋材料在加筋土工程中应用，玻璃纤维土工格栅（以下简称玻纤格栅）就是其中之一。王钊[2]等认为预测土工合成材料筋材的长期蠕变对于结构的安全性、经济性至关重要。正因如此，许多学者都对格栅的蠕变特性进行了研究，大量的研究[3-13]集中在常温条件下，塑料土工格栅的蠕变特性、本构模型以及蠕变行为预测方程上取得了许多的成果，而其他类型格栅和极端温度条件下的格栅蠕变特性则很少涉及。汪恩良[13]等结合我国北方寒冷地区的加筋土结构的工作特性，对比了TGDG25型塑料土工格栅在-20 ℃和20 ℃条件下的蠕变特性，观察到在-20 ℃ 状态下，仅100余小时，变形就趋于稳定，且伸长率不足2.5%；而在20 ℃状态下，1 000 h后，变形仍没有稳定迹象，此时伸长率已接近14%，从而认为塑料土工格栅蠕变性能受温度影响很大。程卫国[14]等研究了S5050型涤纶土工格栅在-20 ℃和-10 ℃的蠕变特性，发现负温环境条件下，S5050型涤纶土工格栅的蠕变量明显低于其在常温条件下的蠕变量，且温度越低蠕变量越小。本文通过室内试验的方法，着重研究玻纤格栅在-20 ℃、-10 ℃、0 ℃和20 ℃等不同温度下的蠕变特性，研究结果有助于深入认识土工格栅的低温蠕变特性，为其在寒冷地区的应用提供参考。
1蠕变试验简介
试验设备：试验设备为自制的杠杆系统蠕变试验仪，蠕变变形使用JT-M位移传感器进行量测，试验过程中全程使用DateTaker公司DT615数据采集仪进行数据采集。试验装置见图1。
温度控制：试验共包含4个试验温度，-20 ℃以及-10 ℃的试验在黑龙江省季节冻土区工程冻土重点试验室3号试验室内进行，0 ℃和20 ℃则在密闭的安装有空调的室内进行。
传感器和数据采集仪：采用Rocktest公司生产的JT-M位移传感器以及DataTaker公司生产的DT615系列数据采集仪。蠕变量即指JT-M位移传感器测量的长度变化量除以试样长度。在试验初始阶段设定采样频率为10次/s，5 min后改成1次/s。
试验过程描述：本次试验参照《土工合成材料测试规程》[15]（SL/T 235-1999）。先将试验室温度调整到试验温度，温度稳定后将试样放置试验室内，3 h后进行试样安装，安装试样时，先将杠杆固定住，然后将试样放进夹具中夹紧，将预拉荷载施加到加载端，此时试样处于自由不受力状态，试验开始时，先启动DT615数据采集仪，然后放松杠杆固定装置，试样受到预拉荷载作用，计算应变时取预拉荷载后的的试样应变作为初读数，变形稳定后迅速平稳的施加试验荷载。
2试验结果与分析
2.1不同温度蠕变曲线
通过试验实测，得到了玻纤格栅在0 ℃、10 ℃、-10 ℃和-20 ℃，应变随时间变化的蠕变曲线，见图2-图4。
（1）在相同荷载水平作用下，格栅蠕变量随着温度的降低逐渐变小。根据实测数据，可以得到1 000 h时不同荷载水平下，其他3个温度与20 ℃相比的蠕变减小值，见表2。
从表2可以看出，温度降低到-20 ℃，玻纤格栅蠕变变形量至少减少了一倍以上，蠕变性质发生了根本性的变化，可以说负温降低了格栅的塑性，使格栅变“硬”了。
（2）加载初期，蠕变变形增长迅速，加载后期蠕变变形则增加缓慢，突变的时间点发生在5～10 h。
（3）蠕变的大小虽同温度和荷载大小相关，但是各温度、
3结论
通过对玻纤格栅R2522-A蠕变特性的试验研究，可以得出以下结论。
（1）玻纤格栅在负温时的蠕变变形明显小于其在常温下的变形，达到稳定时的蠕变变形与常温20 ℃相比减少了1.5倍左右。
（2）相同温度下，荷载水平越高其达到稳定时的蠕变量也越大；相同荷载水平下，温度越低其达到稳定时的蠕变量也越小，实测数据表明，-20 ℃时达到稳定时的蠕变变形，还不到20 ℃时的蠕变变形的50%。
（3）负温时的蠕变变形随荷载增加的速率要明显低于常温20 ℃，同时基本上符合温度越低，速率增长越慢的规律。
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